基于变换函数的船体曲面参数化修改技术研究-论文.pdf

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1、第37卷第2期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vol

2、37No．22013年4月JournalofWuhanUniversityofTechnologyApr．2013(TransportationScience8LEngineering)基于变换函数的船体曲面参数化修改技术研究*胡春平D黄金锋冯佰威¨(武汉理工大学交通学院”武汉430063)(中国舰船研究设计中心武汉430063)摘要：为实现基于CFD的船型自动优化，需要一种参数化的船体型线生成方法．文中改进了一种基于变换函数的船型参数化方

3、法，以使变换船型更丰富、合理，该方法可以通过改变几个参数即可实现船体型线的自动生成．研究表明，只要选择合适的变换函数，参数的取值范围合理，则可以保证变化后的船型仍然满足光顺性等特征．以1300TEU集装箱船和戴维泰勒水池DTMB5415标模为例，阐述了基于变换函数的船体型线变换过程，结果表明，基于变换函数的船型变换方法可以应用于船型精细优化中．关键词：参数化；变换函数；NURBS理论；光顺准则中图法分类号：U441．5doi：10．3963／j．issn．2095—3844．2013．O2．036

4、0引言新船型的生成；为实现基于计算流体力学(com—putationalfluidhydrodynamics，CFD)的船型自动优化，德国的StefanHarries等提出了一种全船体曲面表达是船体设计的一个重点，当进新的船型参数化方法，通过各特征曲线(平底线、行船体型线优化时，必须要有参数化表达的船体平边线等)和相应的剖面曲线函数定义来生成参曲面，来自动提供新的船型．目前，对船型参数化数化船体曲面，并开发了船型参数化建模的软件自动生成方法主要分为以下两类：一类是基于母Friendship—Fra

5、mework，但该软件在剖面曲线的型的方法，如融合方法[1]，它是基于多个不同母定义方面比较难掌握，灵活性太大，对各曲线参数型进行内插值来生成新的船型，通过调整融合参的配合需要建模者自己去协调，这对建模者来说数来实现不同的船型生成，这种方法能在母型光是比较困难的_5]．于雁云在其博士论文中提出了顺的条件下，保证生成的新船型也光顺，很适用于采用变换函数修改船型的方法l6]，其原理是通过局部变换，但缺点是为了产生尽量复杂的船型，对构造变换函数，并将该变换函数叠加在母型的船母型船数量有一定需求；另一类是

6、直接修改控制体曲面上，进而求得控制顶点新坐标．该方法可以顶点坐标的方法。]，该方法通过直接操控在很少的参数情况下，进行船型的参数化自动生NURBS控制顶点坐标来改变船体曲面从而产生成，既可避免融合方法中需要建多个母型船而产新的船型，其优点是容易产生各种复杂的船型，但生手工操作量大的问题，又可克服采用直接修改缺点是不能保证变换后船型曲面的光顺性，将该控制顶点方法导致优化变量多及船体光顺性差的方法应用于船型优化中，由于优化变量非常多，常弊端，并且容易实现．本文在此基础之上，分别对导致优化无法进行．以上

7、两种方法总体来说是通局部变换函数和整体变换函数进行了相应的改过对母型的非均匀有理B样条(non—uniformra—进，使局部变换函数更合理，整体变换后获得的船tionalbspline，NURBS)控制顶点的操作来实现体曲面可以更丰富．收稿日期：2012-12—20胡春平(1987一)：男，硕士生，主要研究领域为船型参数化及其CFD性能优化国家自然科学基金重点项目(批准号：51039006)、国家自然科学基金项目(批准号：51179143、51279147)、高等学校博士学科点项目(批准号：2O

8、i00143110010)资助·378·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2013年第37卷z—g(x，)一f(x+9(x，)，Y+1船体曲面的参数化表达(z，))+(z，．y)(4)式中：9(x，)，(，)，(z，)分别为X，y，Z轴本文采用NURBS曲面来表达船体曲面，对方向上的坐标变换函数．则可知，当(X，Y)一任一NURBS曲面，可表达为(，)一(z，)一0时，变换后得到的船型就是母型船的船型；当这3个函数有任何1个不为零∑∑叫N矾(u)Nj，('，)p(u，'，)===上_——————

9、一(1)时，就可以产生和母型不同的船型．虽然通过变换函数可以产生和母型不同的新船型，但这并不能∑∑硼Nm(11)N川('，)i=0J一0保证船型的光顺性．因此，需要对变换函数及其参式中：U，'，2个参数是节点向量；m，为U，．I，向控数取值做相应的限定．制顶点的个数；d，(O≤≤．O≤≤)为NURBS具体实行船体曲面变换时，由于文中的曲面控制顶点；叫(一0，1，⋯)为权重因子，分别与控是NURBS参数化的曲面，因此只需修改控制顶制顶点d(一0，1，⋯)相联系；Nm()为B样条点，然